חשיפת סוג חדש של רנ"א בטפיל עשויה לסייע בטיפול במחלות זיהומיות קשות

הבנת מנגנוני הפעילות של מולקולות רנ"א מאפשרת למדענים לפתח טיפולים יעילים במגוון מחלות, חלקן כאלו הנחשבות לחשוכות מרפא. לעיתים אף מצליחים המדענים לחשוף סוגים חדשים של רנ"א שלא היו מוכרים קודם למדע.

מחקר פורץ דרך בהובלת פרופ' שולמית מיכאלי מהפקולטה למדעי החיים באוניברסיטת בר-אילן הוא מהמחקרים הנדירים האלה. המחקר חשף סוג חדש של רנ"א הלוקח חלק במנגנוני הבקרה הגנטיים של טפיל מסוג טריפנוזומה ברוסאי ומשפיע על שלבי התפתחותו. גילוי זה פותח פתח לטיפולים מבוססי רנ"א למחלת השינה כמו גם למחלות זיהומיות דומות שנגרמות בידי טפילים מאותה משפחה.

מעבר לכך, גילוי סוג חדש זה של רנ"א ומנגנוני פעולתו מוביל את המדענים לחפש אחריו גם ביצורים אחרים, ולכך עשויות להיות השלכות רבות.

הכירו את ה"טריפנוזומה ברוסאי" – הטפיל הגורם למחלת השינה

הטפיל טריפנוזומה ברוסאי הוא יצור חד-תאי הגורם למחלת השינה (טריפנוזומיאזיס אפריקני), מחלה הפוגעת בבני אדם ובבקר ועשויה להיות קטלנית.

טפיל הטריפנוזומה ברוסאי הוא פרוטיסט, כלומר יצור קדמון, חד-תאי, בעל גרעין ואברונים הדומים לאלו שמאפיינים יצורים רב-תאיים מורכבים יותר. במחזור חייו עובר טפיל זה בין שני מאכסנים – במערכת העיכול של חרקים מוצצי-דם, ובדמם של יונקים. כאמור, טפיל זה גורם למחלת השינה האפריקאית. טפילים אחרים מאותה משפחה גורמים למחלות זיהומיות אחרות באדם, כמחלת צ'אגאס ומחלת שושנת יריחו (לישמניאזיס), שבה חולים מדי שנה כמה מאות אנשים בישראל.

טפיל הטריפנוזומה ברוסאי הפך ל"חיית מודל" לחקר משפחת הטפילים מסוגו (קינטופלסטידה) בעשורים האחרונים. הסיבה: הוא מתרבה בקלות במעבדה ואפשר לבצע בו מניפולציות גנטיות. כתוצאה מכך, תפקודי הגנים שלו, ביטויים ומנגנוני הבקרה הגנטית שלו נחקרו לעומק ותרמו לתחום הביולוגיה הבנה של תהליכי בסיס גנטיים. בשנים האחרונות, עם קפיצת המדרגה שעבר תחום חקר הרנ"א בעקבות ההתקדמות הטכנולוגית בתחומי הריצוף וניתוח הנתונים, נחשפו ביצור זה תהליכים ותופעות גנטיות נוספים שלא היו מוכרים עד כה למדע.

כזאת היא התגלית שנחשפה במחקר הנוכחי, אשר חמקה מעיני החוקרים למשך שנים רבות עד שהתגלתה במעבדה של פרופ' מיכאלי. על מנת להבין את חשיבות הממצאים, ראשית יש להבין את חשיבותן של מולקולות הרנ"א בכלל, ושל מולקולות רנ"א שאינן מקודדות לחלבון בפרט.

רנ"א שאינו מקודד לחלבון

לרוב מוכרות מולקולות הרנ"א בתפקידן לשעתק את החומר התורשתי בדנ"א וכך לייצר חלבונים, שהם אבני הבניין של הגוף. מולקולות אלה נקראות "רנ"א מקודד לחלבון", זאת לעומת מולקולות רנ"א שאינן מקודדות לחלבון. עם התפתחות המחקר בתחום הגנום האנושי, גילו המדענים שחלק גדול מאותן מולקולות רנ"א שאינן מקודדות לחלבון נושאות תפקידים משמעותיים בתהליכי הבקרה הגנטית, ומסוגלים להשפיע על מולקולות רנ"א שכן מקודדות לחלבון. מולקולות רנ"א שאינן מקודדות לחלבון מחולקות לשני סוגים על בסיס גודלן:

1. רנ"א ארוכות שאינן מקודדות (LncRNA)

אלו מולקולות רנ"א המורכבות מיותר מ-200 חומצות בסיס (נוקלאוטידים – רצף האותיות היוצר את הרנ"א). מולקולות אלה לוקחות חלק במנגנוני הבקרה הגנטית ומווסתות תהליכי שעתוק המשפיעים על התמיינות של תאים לפי סוגים שונים בהתאם לרקמות השונות בגוף, ועל התבטאות גנים שונים בתגובה לתנאים שונים. אולם, מגוון תפקידיהן של מולקולות אלה עדיין אינו ידוע במלואו למדע ולמעשה רק החל להיחקר בשנים האחרונות.

2. רנ"א קטנות שאינן מקודדות (miRNA)

במחלקת הרנ"א הקטנות, מיקרו-רנ"א הן מולקולות זעירות באורך של כ-22 נוקליאוטידים בלבד, המשמשות גם הן בתהליכי בקרת ביטוי הגנים. מולקולות אלה יודעות להתחבר למולקולות "רנ"א שליח" ולגרום לפירוקן – ובכך למנוע את ייצור החלבונים בפועל.

חידת הטריפנוזומה: היעדר מיקרו-רנ"א

מיקרו-רנ"א מסוגים שונים התגלו בכל היצורים האיקריוטים, שבתאיהם יש גרעין ואברונים, החל מיצורים חד-תאיים ועד לאדם, אבל טפיל הטריפנוזומה נשוא מחקר זה חסר אותן. בהיעדרן של מולקולות אלה בטריפנוזומה, נשאלת השאלה כיצד מתבצעת בו הבקרה הגנטית. זוהי אחת השאלות שעליה ביקשו החוקרים לענות.

את קצה החוט לפתרון החידה חיפשו החוקרים בתהליכי הבקרה הגנטית הקשורים לשינויי הצורה שמאפיינים את הטפיל. הסיבה לכך היא שכאשר הטריפנוזומה עוברת מזבוב לאדם, היא משנה את צורתה, מה שמתבטא בשינויים מהותיים במארג הרנ"א שלה. הבנת המנגנונים שעומדים מאחורי שינוי הצורה של הטפיל, העריכו החוקרים, תוכל לאפשר לחוקרים להבין כיצד הטפיל מבצע בקרה גנטית. כך, פתחו החוקרים במסע לחיפוש רנ"א שאינן מקודדות לחלבון אך קשורות למנגנוני הבקרה של הטפיל, אשר גילוין יוכל לתת מענה לחידה זאת.

ריצוף וניתוח רנ"א

כדי לחקור את מבנה הרנ"א שאינו מקודד לחלבון, בודדו החוקרים במעבדה את הרנ"א מתוך מיליארדי תאי טריפנוזומה על ידי תהליכי מיצוי, הפרדה וצביעה כימית של חומצות הרנ"א. לאחר מכן, ביצעו החוקרים תהליך שנקרא "הכנת ספריות לריצוף רנ"א", תהליך מעבדתי רב-שלבי שבמסגרתו עוברות מולקולות הרנ"א שעתוק במהופך לכדי דנ"א, ואז מוגברות אלפי מונים כדי שתתאפשר האנליזה שלהם, ולאחר מכן רוצפו במערכת נקסט-סיק של אילומינה – אחת מטכנולוגיות הריצוף הגנטי המתקדמות, המאפשרת ריצוף דנ"א מדויק, מהיר וזול יחסית לשיטות אחרות.  

את הנתונים הגולמיים שהתקבלו, רצפים בני עשרות מיליוני תווים כל אחד, עיבדו החוקרים בתוכנות מחשב ייעודיות, ומיפו את רצפי הרנ"א בהתאם למודל הטריפנוזומה שהתוו במחקרים קודמים, שכלל את כל סוגי הרנ"א הידועים בחד-תאי זה, וכמו כן את מקום הימצאם בתא.

החוקרים התמקדו בייחוד בחיפוש אחר רנ"א הפועל על הריבוזום, מנגנון ייצור החלבונים של התא, כדי לבדוק אם תהליכי הבקרה הגנטית של יצור זה מתרחשים ברמת הריבוזום.

כאשר בחנו החוקרים את הממצאים, הם נדהמו לגלות עשרות סוגים של מולקולות רנ"א קטנות לא-מקודדות שלא התגלו עד כה. החוקרים בחנו אם במולקולות אלה יש כדי להסביר את האופן שבו מבצע הטפיל את הבקרה הגנטית שלו.

תוצאות – גילוי רנ"א קטנות מסוג חדש

החוקרים דיווחו על גילוין של 62 מולקולות רנ"א שאינן מקודדות שלא היו ידועות עד כה שהן שכיחות מאוד בתאים. אף כי מולקולות אלה נמצאו בשכיחות גבוהה בתא, מנגנוני הפעולה שלהן עדיין אינם ידועים למדע.  

במחקר זה, התמקדו החוקרים בשתיים מאותן מולקולות שנחשפו, שאותן כינו TBsRNA-33 ו-37. החוקרים גילו כי מולקולות רנ"א אלה יוצאות מגרעין התא יחד עם הריבוזום אל תוך ציטופלסמת התא, שם הן נקשרות ל"רנ"א שליח".

בכך חשפו החוקרים מנגנון גנטי חדש – והראו כי רצפי רנ"א אלה, אף שאינן מקודדות לחלבון, יכולות לבקר את ה"רנ"א שליח" ולגרום לא רק לדיכויו, אלא גם להגברת פעולתו – פונקציה שלא הייתה מוכרת עד כה. במילים אחרות, המחקר לא רק גילה מולקולות רנ"א חדשות, אלא גם חשף פונקציה ייחודית שלהן.

נוסף על כך, כשבחנו החוקרים את ההבדלים בין התבטאות הרנ"א הלא-מקודד בשני שלבי החיים של הטפיל, הם גילו 22 מולקולות רנ"א שמבטאות שינויים, מתוכן, 15 שהתבטאו באופן מוגבר בשלב המאכסן החרקי, ו-7 שהתבטאו באופן מוגבר בשלב המאכסן היונקי. לגילויים אלה חשיבות רבה, משום שהבנת המנגנונים העומדים מאחורי תהליכי שינוי הצורה של הטפיל היא הצעד הראשון לעבר פיתוח התערבויות שיהפכו את הטפיל לבלתי מזיק.

בשורה התחתונה

רנ"א שאינו-מקודד משמש לבקרת התבטאות גנים באורגניזמים רבים – מחיידקים ועד לאדם. מחקר זה, שחשף עשרות סוגי רנ"א לא-מקודד שלא היו ידועים למדע עד כה, הוא צעד ראשון וחשוב בדרך הארוכה לפענוח מלא של מגוון סוגי הרנ"א בטריפנוזומה ומנגנוני הפעולה שלהם.

המחקר חשף סוג חדש של "רנ"א קטנות שאינן מקודדות" – שבמחקרים מאוחרים יותר זכה לשם Ribosome-Associated non-coding RNA – rancRNA – רנ"א לא-מקודד הקשור לריבוזום.

התמקדות במנגנוני הרנ"א המעורבים בבקרה על שלבי התפתחותו של הטפיל עשויה לספק תובנות וכלים שישמשו לפיתוח תרופות נגדו ונגד טפילים אחרים ממשפחתו. אך הרבה מעבר לכך, מנגנוני רנ"א שנחשפו במחקר זה עשויים להימצא בתאיהם של אורגניזמים שונים, ותורמים להבנת מנגנוני התורשה המורכבים, כמו גם מנגנוניים ביולוגיים שלא היו ידועים עד כה – מידע שיכול להיות רב-ערך בפיתוח חיסונים, תרופות ושיטות אבחון.